用于解冻和/或烹制食物的装置和方法与流程

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本申请是主张2015年2月17日提交的ep申请号15155449.0的优先权的国际申请，该ep申请的所有内容全部并入本文。

本发明涉及用于解冻和/或烹制食物的装置和方法。有利地，本发明可用于组合处理，从冰冻的食物开始，该处理包括首先解冻步骤，然后没有间断地烹制步骤。特别地，本发明是根据在餐馆或从冷冻产品开始制作膳食的其他茶点场所的用途而制造的。尽管如此，本发明也可以有利地用于工业层面。

众所周知，目前已有许多已知和广泛使用的加热食物的技术，用于解冻和烹制。在这些技术中，可以区分出第一类和第二类，在第一类技术中，热量通过食物外表面进入食物并且内部的热流由温度梯度和热扩散率决定，而在第二类技术中，相反地，热量在食物内部直接产生。第一类包括采用热空气、蒸汽、使用电阻或加热元件的电加热、红外加热等技术。相反地，第二类包括使用电磁场进行加热的技术，例如射频(rf)电介质加热和微波加热(mw)。以已知的方式，射频(rf)电磁波位于1至300mhz之间的频带内，而微波(mw)位于300mhz和300ghz之间的频带内。

各种已知的加热技术具有在其分类中众所周知的独特特征，其可以构成具体优点或具体限制。例如，第二类的加热技术确保了烹制时间比第一类技术的烹制时间短得多，但是当需要烹制出酥脆的食物外表皮时，第二类技术一般就不适用了(例如，当烹制冷冻的比萨饼时，将比萨饼的底部烹制得至少有点酥脆才是适当的)。

虽然视所使用方法的不同，问题表现出来的方式也不同，但是所有现有方法都普遍存在一个问题，就是食物中的温度分布。事实上，一方面，从外部进行加热的技术难以加热食物的心部。另一方面，从内部加热食物的方法因食物表面热量损失而受到负面影响，表面层面的热量损失是因为受到通常周围相对较冷的环境的影响。

因此，多年来，开发了许多组合供暖系统，其同时或快速地连续使用多种不同的加热技术，既有使用同一类技术的，尤其是也有使用不同类技术的。

尽管现有技术的组合系统可以获得的烹制结果已经非常令人满意，但申请人认为，目前开发的组合系统在能源效率方面和烹制过程控制的容易程度上都受到限制，至少对带有某种不均匀性的食物(例如比萨饼、烤意式宽面、“帕尼尼”三明治或“帕尼尼”卷、汉堡包等)来说是这样的。

在这种情况下，构成本发明基础的技术目的是提供一种使用组合加热系统并且克服上述缺点的解冻和/或烹制食物的装置和方法。

特别地，本发明的技术目的是提供一种基于组合系统解冻和/或烹制食物的装置和方法，其中可以独立地调节不同的加热技术。

此外，本发明的技术目的是提供一种用于连续解冻和烹制冷冻食品的装置和方法。

所明确的技术目标和所指出的目的基本上通过如所附权利要求所述的用于解冻和/或烹制食物的装置和方法来实现。

特别地，经过多次测试，申请人了解到，使用射频介电加热可以实现解冻和/或烹制方面的最佳结果。

不管是独立使用还是在组合系统中，这项技术都是迄今为止普及程度最低的。针对普及程度受限的情况，所认为的原因并不一致。一方面，部分地由于微波炉的发明，微波加热从20世纪70年代起逐渐变得越来越受欢迎，因为倾向于选择微波加热，射频介电加热在经过了20世纪中期良好的发展之后就被抛弃了。另一方面，这项技术通常总是必须将待加热的食物置于两个扁平的电极之间，该扁平电极相较于食物延伸得较远并且有利地贴近食物。这些几何/结构约束可能对射频介电加热与其他类型加热的组合构成障碍，尤其是上述第一类技术。

如已经指出的，尽管该领域对射频介电加热的关注程度受到限制，但是由于进行了具体测试，申请人认识到，相反地，射频介电加热将成为非常有利的技术，以获得食物内部格外均匀的热量分布(得益于明显更高的波长，比使用微波得到的食物内部热量分布更均匀)，并且降低了形成所谓“过热点”的风险，而相反地，这一风险在微波炉中是常见的。

本发明的其它特征和优点在详细说明中将参照附图呈现得更为明显，附图说明了用于解冻和/或烹制食物的装置和方法的几个优选的非限制性实施方式，其中：

图1是根据本发明以第一操作配置的连续型第一装置的侧视示意图；

图2示出了以第二操作配置的图1的装置；

图3示出了根据本发明以类似于图2的第二操作配置的连续型第二装置的细节；

图4是根据本发明的静态型的第一装置的横截面示意图；

图5是根据本发明的静态型的第二装置的横截示意面；

图6是根据本发明的静态型的第三装置的横截面示意图；以及

图7是根据本发明的静态型的第四装置的横截面示意图。

参考附图，附图标记1表示根据本发明的解冻和/或烹制食物的装置的整体。

因此，下文首先描述装置1，然后描述根据本发明的方法。

通常，装置1可以是连续型(当食物沿着预定路径进给时——通常在一条通道内，对食物加以解冻和/或烹制)，或静态型(在加热期间，食物在室2内保持固定，有利的是，该室2是可开启并且可关闭的)。

装置1包括支撑结构3，在该支撑结构3上确定有处理区域4，该处理区域4是加热食物5的区域。在静态装置的情况下，处理区域4对应于室2内的空间(限定在附图中的基座6和可打开的盖7之间)。在连续型设备的情况下，处理区域4对应于下文描述的加热系统所在的食物5进给路径的一部分。

在处理区域4处，支撑结构3上安装有支撑工具8，用于待烹制的至少一个食物5。特别地，取决于装置1是连续型还是静态型，支撑工具8可以包括简单的搁置表面9(图4至7)或带式输送机10，带式输送机10从第一装载端11延伸到第二卸载端12并通过处理区4(图1至3)。有利地，处理区4被安装在支撑结构3上的容纳元件13包围，并且设置有至少两个相对的开口，用于允许带式输送机10的进料和出料。

有利地，装置1还可以包括一个或多个盘14，用于支撑或容纳待处理的食物5，其设计成使用时搁置在支撑工具8上。

同样在处理区4处，装置1包括射频介质加热工具15。根据常规技术语言，该定义是指使用频率在1mhz和300mhz之间的可变电磁场的电介质加热工具。

相应地，射频介电加热工具15包括位于处理区4的至少两个电极16和用于在两个电极16之间施加可变电位差的设备17，该电位差可以以1mhz到300mhz的频率而变化，以在使用时在电极16之间产生具有该频率的可变电磁场。然而，在优选实施例中，用于施加可变电位差的设备17施加的电位差可以以10mhz到100mhz范围内的频率而变化，甚至更优选地，以对应于当前可用于工业应用的频率之一的频率而变化，该频率等于13.56、27.12或40.68mhz。

在优选实施例中，通过将两个电极16中的一个保持在地电位并改变另一个电极的电位来实施电极16之间的可变电位差。如何选择要保持在地电位的电极16可以取决于装置1的安全要求或者与下文描述的本发明的其它方面有关的其它要求。

关于电磁场的强度，每单位长度的相应电场优选在50v/cm～5kv/cm的范围内。然而，优选地，食品中每单位长度的电场强度在50v/cm和200v/cm的范围内。然而，优选地，食物中每单位长度的电场强度在50v/cm和200v/cm的范围内。

要注意的是，每单位长度的电场强度取决于电场所存在的介质的介电常数，从而在食物5(一般其相对介电常数在40-50的范围内)和食物5周围的空气(其相对介电常数为1)之间存在很大的电位差。因此，为了在食品5中达到相同的强度，如果电极16和食物5之间的空气间隙大，则必须在电极16之间施加相对高的电压，而如果电极16和食物5之间的空气间隙小，则可以在电极16之间施加相对低的电压。因此，如果食物5具有规则形状(例如是平行六面体)，则电极可以非常靠近食物5并且相对低的电压就足够了，而如果食物5具有高度不规则的形状，则气隙必须保持相对较大，以避免产生过热点或放电，但是因此必须使用相对高的电压。

关于电极16相对于食物5的设置以及由此产生的电磁场的趋势，根据电磁场的期望趋势，存在各种可能性。然而，存在两种优选的设置。第一设置，其中两个电极16位于处理区域4和待加热的食物5的相对两侧(图1和图2，图4至图6)，和第二设置，其中两个电极位于处理区域4和食物5的同一侧(图3和图7).

在前一种情况下，至少在处理区4处，电极16有利地大体平坦地延伸，优选地使得能够覆盖整个处理区4，并且在任何情况下，使得电极16限定足够大于食物5所在的空间的空间，以保证食物5中的电磁场至少当食物位于电极的中心时基本上是恒定的(在连续型设备的情况下)。

相反地，在后一种情况下，两个电极16各自包括多个等电位元件18，两个电极的等电位元件18沿着一个或多个方向交替设置(在附图中，一个电极的等电位元件18以黑点示出，而另一个电极的等电位元件18示以白点示出)。在图3和图7所示的最简单的情况下，每个等电位元件18具有一个条形，在连续类型的装置的情况下，该条形有利地沿着带式输送机10的进给方向横向地延伸，并且等电位元件18沿着食物5的进给方向交替。在更复杂的实施例中，等电位元件18甚至可以不以细长方式延伸(例如，它们可以是半球)，而相反地，它们可以是交错的。

在从附图1至图3中，上述两种情况下的电磁场的延伸线以虚线示出。

如图3所示，因为如果电极16由交替的等电位元件18构成，则电磁场主要在对应于电极16所在平面的平面中延伸，该实施例对于处理沿着离开电磁场延伸的主平面的方向而个头缩小的食品是有利的(在所示的实施例中是厚度的减小，该实施例中，电极16位于食物5上方)。

在一些实施例中，如图1和图2以及图4至图6的实施例的情况，也可以有电极16中的至少一个构成支撑工具8的至少一部分的情况。例如，尽管在图4至图6的实施例的情况下，电极16中的一个限定食物5的搁置表面9，而在图1和图2中的实施例的情况下，带式输送机10包括至少一个有源部分19，该有源部分导电并且构成电极16中的一个的至少一部分。有利地，该有源部分19由带式输送机10的整个带20构成，为此，其将由导电材料制成(相比之下，在电极16位于食物5的同一侧的应用中，带20将有利地由电绝缘材料制成)。

在包括一个或多个盘14的实施例中，有利地，每个盘14也可以至少部分地由导电材料制成，并且它也可以构成电极16中的一个的至少一部分。在这种情况下，优选地，盘14与用于施加可变电位差的设备17的电连接，或者仅通过搁置在一个或多个也是相关电极16的一部分的导电元件上来实现，或者借助于合适的电接触(例如，在连续型装置1的情况下，可以使用滑动接触)。

有利地，在使用包括作为电极16中的一个的一部分的有源部分19的带式输送机10的实施例的情况下，至少在处理区域4处，每个盘14由导电材料制成的部分电连接到有源部分19，从而使盘14基本上具有与有源部分19相同的电位。有利的是，这通过简单的接触来实现(盘14搁置在带式输送机10的有源部分上，也就是说，在附图中的带20上)。

根据本发明的另一方面，可以改变电极16之间以及一个或多个电极16和食物5之间的距离。

这可以以多种方法来实现。

由于电极16中的至少一个可以相对于另一个电极16可移动，所以可以实现对电极16之间距离加以调节。

相反地，与食物5的距离的变化可以通过使电极16中的至少一个相对于支撑工具8移动，和/或通过使支撑工具8相对于至少一个电极16移动来实现。显然，如果支撑工具8与电极16中的一个重合，那么在支撑工具8和另一个电极16之间可能只有相对移动性。

在图1的实施例的情况下，位于食物5上方的电极16可相对于另一电极16以及相对于带式输送机10移动。相反，在图3的实施例的情况下，两个电极16可相对于带式输送机10一起移动。

根据本发明的基本创新方面，至少一个电极16至少部分地由铁磁材料制成，并且装置1包括电磁联接到所述电极16的感应加热工具21。在使用装置1期间，感应加热工具21设计成将它们所联接的每个电极16加热到一定温度，使得电极16能够向食物5传递足以显著有助于解冻和/或烹制过程的热量。通常，感应加热工具包括联接到相关电极16的一个或多个电感器22，以及用于向每个电感器22的端部施加交流电压的工具23。

例如，经过尺寸/结构设计，感应加热工具21可以使它们所关联的电极16的表面温度达到50℃和250℃之间的某个温度，具体取决于所需要的加热类型(解冻或烹制)。

有利地，对于感应加热，所执行的测试和模拟显示了如何使用20khz到800khz的频率以及功率(以w为单位)与电极16的体积(以cm3为单位)之间的用以加热的比来获得优秀的结果，该比值在50到200范围内。

在盘14或多个盘14是电极16中的一个的一部分的实施例中，有利地，感应加热工具21电磁联接到盘14(或同时联接到两个或更多盘14)。为此，每个盘14优选地包括由铁磁材料制成的芯，其外侧涂覆有食品安全不锈钢。相反，相应的电极16的其余部分将有利地由诸如铜或铝的非铁磁性导电材料制成。

在图3和图7的实施例的情况下，感应加热工具21可以联接到电极16中的仅一个或全部两个的所有等电位元件18。因此，感应加热工具21与其电磁联接的等电位元件18将包括由铁磁材料制成的至少一个部分(例如芯)。

为了简化装置1的生产和操作，有利地，感应加热工具21可以电磁联接到在使用中保持在地电位的电极16。最后，应该注意的是，装置1还可以包括几个射频介电加热工具15，正如当前存在的射频介电加热工具15可以包括由电力联合或单独供电的几对电极16组成。

根据本发明制造的装置1的操作即从上述结构的描述中得出。此外，它也是实现解冻和/或烹制食物的方法的可能方式之一，解冻和/或烹制食物的方法也是本发明主题，这将在下问加以描述。然而，应该注意的是，对于该方法或装置1，分别参照装置1或该方法描述的内容，只要是适用的，也应被认为是有效的。

根据本发明的方法通常包括基本上在加热过程的同时使用射频介电加热系统或使用热元件(选择使用前者或后者取决于位置条件能够通过辐射/对流还是通过传导将热量传递到食物5)来加热待解冻和/或烹调的食物5，该热元件具有特殊特征：使用与用于介电加热的电极16相同以及与热元件相同的部件。

更精确地，该方法包括第一步骤，其中在处理区4处，食物5经受1mhz至300mhz的频率的射频介电加热。有利的是，这通过在位于食物附近的两个电极16之间施加可变电位差来实现，并且优选地使用电磁场，其中食品内部每单位长度的电场强度在50v/cm到200v/cm范围内。

然后，该方法包括在电介质加热期间使两个电极16中的至少一个进行电磁感应加热，使得电极16从食物5的外部向食物5传递热量。可见，为此，通过感应加热的电极16必须至少部分地由铁磁材料制成。

在本发明的优选实施例中，用于支撑食物5的盘14至少用作通过感应加热的电极16的一部分。以这种方式，至少食物5的下部与通过感应加热的电极16直接接触。

取决于不同的实施例，食物5可以在整个处理期间保持固定，或者可以沿着延伸穿过处理区域4的进料路径进给。

本发明具有重要的优点。

首先，本发明允许定义一种保证高能效的加热系统，这得益于射频介电加热以相当均匀的方式来加热食物，还得益于电极感应加热使得能够以高水平的效率将从外部传递到食物的热量排放到非常接近食物的位置。

其次，本发明允许定义一种确保烹制过程非常容易控制的加热系统。事实上，所使用的两种加热技术可以根据期望的结果独立地完全自由调节，并且使得在食物和电极中产生的热量能够几乎瞬间变化。最后，可以发现，得益于本发明，连续解冻和烹制冷冻食品是格外有利的。

最后，应当注意，本发明相对容易制造，即使与实施本发明相关的成本也不是很高。

上述发明可以以多种方式进行修改和调整，而不脱离本发明构思的范围。

此外，本发明的所有细节可以由其他技术上等效的元件代替，并且所使用的材料以及各种部件的形状和尺寸可根据要求而变化。